[发明专利]六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统及监测方法

权利要求书

1.六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统，其特征在于：包括主控单元、气体传感检测单元和气体浓度检测单元，气体传感检测单元和气体浓度检测单元分别通过数据信号线与主控单元连接，气体浓度检测单元的检测端和气体传感检测单元均设置在高压开关设备。

2.根据权利要求1所述的六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将气体传感检测单元和气体浓度检测单元安装到高压开关设备上，确保密封的严实；

2）高压开关设备在正常运行过程中，主控单元通过气体传感检测单元获取SF₆/N₂混合气体的温度T和混合气体的压力P两种数据，气体浓度检测单元实时获取高压开关设备中SF₆/N₂混合气体的浓度比C₀；

3）在获得混合气体的温度T、混合气体的压力P和混合气体的浓度比C₀数据的基础上，通过一种复杂的多元复合算法以及下面的方程式（1）求得被测气体的密度值，从而计算出混合气体的实时密度，实时密度实际是混合气体的压力P，行业内习惯称为密度，并在主控单元的显示器上显示；

（1）

其中：

P，混合气体的压力，单位MPa；

ν，混合气体的比容，单位m³/kg，在数值上等于密度的导数，即ρ=1/ν；

T，混合气体的温度，单位K；

C₀，混合气体的浓度比；

R，气体常数，单位为J/(kg*K)，数值为296.69；

A0，M-H方程常数，单位为N*m⁴/kg²，数值为173.54；

B0，M-H方程常数，单位为m³/kg数值为1.8011E-3；

a，M-H方程常数，单位m³/kg，数值为9.3394E-4；

b，M-H方程常数，单位m³/kg，数值为-2.4660E-4；

c，M-H方程常数，单位m³*k³/kg，数值为1.498E+3；

A，引用国标JB/T, 10892-2008，数值为74.9*（1-0.727*10^-3）/ν；

B，引用国标JB/T, 10892-2008，数值为2.51*10^-3*（1-0.846*10^-3/ν）/ν。

3.根据权利要求2所述的六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统及监测方法，其特征在于：步骤3）中方程式（1）从纯SF₆气体和纯N₂气体的状态方程出发，仔细分析了实际气体和理想气体的差别，并引入了压缩因子这一参数，用于计算气体不同状态之间的转换，然后根据道尔顿分压定律及亚麦加特容积定律，分析了混合气体的基本的变化规律，并通过不同的权重比，将纯SF₆气体和纯N₂气体的两个状态方程结合在一起，最后形成计算混合气体密度的计算方程式（1）。

4.根据权利要求3所述的六氟化硫和氮气混合气体密度变化监测系统及监测方法，其特征在于：混合气体密度的计算方程式（1）的具体推导过程为：

首先是SF₆气体状态方程，通过方程式（2），求得SF₆气体在任意温度、压力下的密度；

(2)

式中：

P,气体压力，单位MPa

γ，气体的密度，单位kg/m³

T，气体热力学温度，单位为K

A,B,都是常数

然后是N₂气体状态方程，通过方程式（3），求得N₂气体在任意温度、压力下的密度；

(3)

式中：

P,气体压力，单位MPa；

v，气体的比容，在数值上等于1/ρ,单位m³/kg

T，气体热力学温度，单位为K

R，A0,B0,a,b,c都是常数

根据实际混合气体混合公式

可求得混合气体的状态方程如下：

其中：

P，混合气体的压力，单位MPa；

ν，混合气体的比容，单位m³/kg，在数值上等于密度的导数，即ρ=1/ν；

T，混合气体的温度，单位K；

C₀，混合气体的浓度比；

R，气体常数，单位为J/(kg*K)，数值为296.69；

A0，M-H方程常数，单位为N*m⁴/kg²，数值为173.54；

B0，M-H方程常数，单位为m³/kg数值为1.8011E-3；

a，M-H方程常数，单位m³/kg，数值为9.3394E-4；

b，M-H方程常数，单位m³/kg，数值为-2.4660E-4；

c，M-H方程常数，单位m³*k³/kg，数值为1.498E+3；

A，引用国标JB/T, 10892-2008，数值为74.9*（1-0.727*10^-3）/ν；

B，引用国标JB/T, 10892-2008，数值为2.51*10^-3*（1-0.846*10^-3/ν）/ν。